用於在基於adc的調諧器內進行相位跟蹤的系統和方法
2023-10-17 05:12:49 1
用於在基於adc 的調諧器內進行相位跟蹤的系統和方法
【專利摘要】用於對基於模擬數字轉換器的調諧器進行相位跟蹤方案的系統和方法。在許多實施方式中使用相位跟蹤方案，所述相位跟蹤方案包括校正輸出信號的相位的鎖相環路，和基於所接收的輸出數位訊號，調製所述輸出數位訊號的振幅，以補償相位噪聲的振幅調製補償器。
【專利說明】用於在基於ADC的調諧器內進行相位跟蹤的系統和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年9月9日遞交的題目為「Phase Tracking Scheme forADC-based Tuner」的第61/533，101號美國臨時申請的優先權，該臨時申請的公開的全部內容以引用的方式併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及由調諧器所接收的射頻(RF)信號的相位同步。更特別的是，本發明總體上涉及在基於ADC的調諧器中接收的RF信號已從模擬信號轉換成數位訊號之後的相位同步。
【背景技術】
[0004]在許多系統中，經常在接收信號和輸出信號之間存在非時變頻率和相位差，以及在信號之間存在時變相位差。非時變頻率和相位差通常歸因於發射器和接收器之間的差異，如固定頻率Λ。在波形相位中，時變相位差為快速短期隨機的波動，如相位噪聲。可將相位噪聲添加到接收的信號的一種方式是通過在調諧器中的混頻操作。
[0005]為了連貫接收，採用接收信號和輸出信號的相位和頻率的同步。典型地，對這些信號的模擬形式進行同步。圖1示出用來使接收的RF信號與本地副本同步的常規現有技術模擬鎖相環路(PLL)的實施方式。PLL100包括相位檢測器105、環路濾波器110、和壓控振蕩器115。
[0006]相位檢測器105為生成誤差信號的裝置。誤差信號為測量在接收的RF信號的相位和本地副本的相位之間的相位差的時變信號。環路濾波器110控制PLL100對誤差信號中時變的響應。設計良好的環路濾波器跟蹤接收信號相位的變化，但不過度地對接收器噪聲作出響應。壓控振蕩器115接收來自環路濾波器110的控制信號，並基於控制信號生成載波副本。壓控振蕩器115為提供輸出頻率的振蕩器，該輸出頻率為在輸入和輸出的特定範圍內的輸入電壓的線性函數。
[0007]由於模數轉換器(ADC)被首先引入，故ADC已大大被改進。當前的ADC可以幾千兆赫的速度進行信號採樣，且比基於常規的RF混頻器的調諧器消耗較少的功率。正因為如此，已開發了基於ADC的RF調諧器，如圖2所示的基於ADC的調諧器。圖2所示的基於ADC的調諧器200包括低噪聲放大器(LNA) 205、高速ADC210、信道器215和高速PLL220OLNA205放大用於模數轉換的接收的RF信號。高速ADC210接收來自LNA205的放大信號，並將放大的RF信號由模擬信號轉換成數位訊號。高速ADC210由高速PLL220計時。信道器215接收來自高速ADC210的數位訊號，並在數字域進行混頻操作和濾波操作，以輸出來自調諧器200的同相(I)信號和正交(Q)信號。與常規的RF混頻器相似，相位噪聲通過基於ADC的調諧器200被引入到信號中。
[0008]為了使接收的信號與本地信號同步，數字PLL可被加到基於ADC的調諧器。圖3示出了現有技術的數字PLL的實施方式。所示的數字PLL300包括ADC305、數字混頻器310、相位誤差檢測器(PED) 315、環路濾波器320、相位累加器335和直接數字頻率合成器(DDFS) 340。ADC305將接收的模擬RF信號轉換成數位訊號。數字混頻器310對從ADC305中接收的失真數位訊號進行相位調整。PED315計算輸入信號和從數字混頻器310輸出的輸出數位訊號之間的相位差。然後，由PED315計算出的相位差通過環路濾波器320濾波，以生成當前的中間相位調整信號。中間相位調整信號代表當前信號和先前信號之間的相位變化。然後，相位累加器335將先前的中間相位調整信號加到當前的中間相位調整信號，以提供相位調整信號，且該相位調整信號為指示輸出信號中所需要的相位變化的信號以與輸出信號同步。DDFS340接收相位調整信號，並生成由混頻器310所用的相位調整估計，以進行輸出數位訊號的相位調整。然而，來自基於ADC的調諧器的PLL的相位噪聲在數字域對接收的信號進行振幅調製和相位調製，而不是如在模擬域發生的對信號進行的相位調製。數字PLL300僅可以對相位調製進行校正，而不能對振幅調製進行校正。對於接收器，未被跟蹤的振幅調製會導致明顯的性能下降。
【發明內容】
[0009]根據本發明的實施方式，公開了用於為基於ADC的調諧器提供相位跟蹤方案的系統和方法。根據本發明的實施方式，用於為基於ADC的調諧器提供相位跟蹤方案的系統和方法包括數字混頻器、數字PLL和振幅調製補償器。數位訊號混頻器接收來自基於ADC的調諧器的數位訊號，並將接收的數位訊號與相位調整估計信號混頻，以提供輸出數位訊號。數字PLL接收來自數位訊號混頻器的輸出數位訊號，並基於該輸出數位訊號，向數位訊號混頻器提供相位調整估計信號。振幅調製補償器接收來自數位訊號混頻器的輸出數位訊號，並基於所接收的輸出數位訊號，調製輸出數位訊號的振幅，以補償來自相位噪聲的振幅調製。
[0010]根據本發明的某些實施方式，振幅調製補償器包括放大器、相位誤差檢測器和增益調整環路。放大器接收來自數位訊號混頻器的輸出數位訊號，並基於增益調整信號，放大輸出數位訊號。相位誤差檢測器接收來自放大器的輸出數位訊號，並基於該輸出數位訊號，輸出振幅檢測誤差信號。增益調整環路接收來自相位誤差檢測器的振幅檢測誤差信號，並基於該振幅檢測誤差信號，生成增益調整信號。
[0011]根據某些實施方式，增益調整環路為一階環路。根據這些實施方式中的某些實施方式，一階環路包括乘法器和累加器。根據其他的實施方式，增益調整環路為二階環路。根據這些實施方式中的某些實施方式，二階環路包括第一乘法器、第二乘法器、第一累加器、加法器和第二累加器。第一乘法器將振幅檢測誤差信號乘以第一係數(也被稱為線性係數)，以提供第一振幅相位調整誤差信號。第二乘法器將振幅檢測誤差信號乘以第二係數(也被稱為整數係數)，以提供當前的中間第二振幅相位調整誤差信號。第一累加器將先前的第二振幅相位調整誤差信號添加到當前的中間第二振幅相位調整誤差信號，以提供第二振幅相位調整誤差信號。加法器將第一振幅相位調整誤差信號和第二振幅相位調整誤差信號相加，以提供當前的中間增益調整信號。第二相位累加器接收來自加法器的當前的中間增益調整信號，並將先前的中間增益調整信號添加到當前的中間增益調整信號，以提供增益調整信號。
[0012]根據這些實施方式中的某些實施方式，相位誤差檢測器還提供輸出數位訊號的相位檢測誤差信號；並且，PLL包括環路濾波器、相位累加器和DDFS。環路濾波器接收來自相位誤差檢測器的相位檢測誤差信號，並基於相位檢測誤差信號，輸出當前的中間相位校正信號。相位累加器接收來自環路濾波器的當前的中間相位校正信號，並將先前的中間相位校正信號添加到當前的中間相位校正信號，以提供相位校正信號。然後，DDFS接收來自相位累加器的相位校正信號，並基於該相位校正信號，提供相位調整估計信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1示出現有技術的鎖相環路的實施方式。
[0014]圖2示出現有技術的基於ADC的調諧器的實施方式。
[0015]圖3示出數字鎖相環路的實施方式。
[0016]圖4示出根據本發明的實施方式的被配置以接收來自基於ADC的調諧器的信號的數字鎖相環路。
[0017]圖5示出根據本發明的實施方式的二階增益調整。
【具體實施方式】
[0018]現在轉向附圖，根據本發明的實施方式公開了用於在基於ADC的調諧器內進行相位跟蹤的系統和方法。根據本發明的實施方式，由於PLL在基於ADC的調諧器中引入的相位噪聲，用於ADC調諧器的相位跟蹤方案可以跟蹤信號的快速變化的振幅調製。在接收器系統中，根據本發明的許多實施方式的相位跟蹤方案可跟蹤振幅調製衰減。通過利用根據本發明的實施方式的相位跟蹤方案，可以產生基於傳統的AGC(自動增益控制)環路的更高的增益跟蹤，和/或也可以產生比傳統的自適應均衡器更高的增益跟蹤。在下文中進一步討論根據本發明的實施方式的用於在基於ADC的調諧器內進行相位跟蹤的系統和方法。
[0019]相位跟蹤方案的架構
[0020]圖4示出了根據本發明的實施方式的用於基於ADC的調諧器的相位跟蹤的架構。根據本發明的許多實施方式，相位跟蹤的架構包括常規的鎖相環路和振幅調製補償器。鎖相環路調整數位訊號以校正相位誤差，振幅調製補償器對由相位噪聲(如通過由PLL在基於ADC的調諧器中引入的相位噪聲)導致的數位訊號的振幅調製進行校正。本領域的技術人員將認識到，該架構的實施方式可被實現為硬體、軟體或固件，而不脫離本發明。此外，本領域的技術人員將認識到，根據本發明的方案可以與接收器架構中的其他增益調整級結合，而不脫離本發明。
[0021]在圖4中，示出了如在上文中根據圖2所描述的基於ADC的調諧器200。基於ADC的調諧器200的相位跟蹤架構400接收來自基於ADC的調諧器200的信號。相位跟蹤架構400包括數字混頻器405、放大器410、增益調整環路(GAL) 412、相位誤差檢測器(PED) 415、環路濾波器420、相位累加器435和DDFS440。振幅調製補償器430包括放大器401、GAL412和PED415。鎖相環路包括PED415、環路濾波器420、相位累加器435和DDFS440。本領域的技術人員將理解到，在本發明的其他實施方式中振幅調製補償器也可以在相位調整之前被應用。
[0022]在運行期間，數字混頻器405接收來自基於ADC的調諧器200的數位訊號，且將所接收的數位訊號與相位調整估計信號混頻，以提供輸出數位訊號。特別地，數字混頻器405接收由基於ADC的調諧器200的信道器215而產生的I信號和Q信號。振幅調製補償器430的放大器410接收來自數字混頻器405的輸出數位訊號，並基於增益調整信號(見下文)放大輸出的數位訊號，以通過相位跟蹤架構400生成輸出的數位訊號。PED415接收來自放大器410的輸出數位訊號。基於從放大器410接收到的輸出數位訊號,PED415生成用于振幅調製補償器430的振幅檢測誤差信號，並生成用於PLL的相位檢測誤差信號。在振幅調製補償器430中，GAL412接收振幅檢測誤差信號，並基於供振幅調製補償器430使用的振幅檢測誤差，生成增益調整信號，以調製輸出信號。
[0023]在PLL中，環路濾波器420接收來自PED415的相位檢測誤差，並基於相位檢測誤差，輸出當前的中間相位校正信號。於是，相位累加器435將先前的中間相位校正信號加到當前的中間相位校正信號，以提供相位校正信號。DDFS440接收相位校正信號，並生成由混頻器405所用的相位調整估計信號，以進行基於相位校正信號的相位調整。
[0024]增益調整環路
[0025]圖5示出了根據本發明的實施方式的振幅調製補償器的GAL，該GAL被配置以生成增益調整信號。GAL500為二階環路。然而，本領域的技術人員將認識到，GAL可被實現為一階環路，如乘法器和累加器，和/或被實現為適合於特定用途的要求的任何其他形式的更高階環路。GAL500包括第一乘法器515、第二乘法器520、第一累加器525、第一加法器530和第二累加器540。
[0026]第一乘法器515將來自PED的振幅檢測誤差乘以第一係數505 (也被稱為線性係數)，以提供第一振幅調整誤差信號。第二乘法器520將來自PED的振幅檢測誤差乘以第二線性係數510，以提供當前的中間第二振幅調整誤差信號。第一累加器525接收來自第二乘法器520的當前的中間第二振幅調整誤差信號，並將先前的中間第二振幅調整誤差信號添加到當前的中間第二振幅調整誤差信號，以生成第二振幅調整誤差信號。
[0027]加法器530接收第一振幅調整誤差信號和第二振幅調整誤差信號，並將第一振幅調整誤差信號和第二振幅調整誤差信號相加，以提供當前的中間增益調整信號。第二累加器540接收來自加法器530的當前的中間增益調整信號，並將先前的中間增益調整信號添加到當前的中間增益調整信號，以提供增益調整信號。
[0028]儘管上文討論了相位跟蹤的架構和增益調整環路的【具體實施方式】，但依照適合於根據本發明的實施方式的特定用途的要求，可使用各種相位跟蹤的架構和/或增益調整環路中的任何一種，以補償在接收信號中的由PLL中的相位噪聲引起的振幅調製誤差。
[0029]上文為根據本發明的系統和方法的實施方式的描述。可以預見的是，本領域的其他技術人員將設計可替選系統，該可替選系統根據文字描述或通過等同原則侵犯本文的權利要求中所規定的發明。
【權利要求】
1.一種基於模擬數字轉換器(ADC)的調諧器，包括: 低噪聲放大器，所述低噪聲放大器放大接收的模擬信號； ADC,所述ADC接收所接收的模擬信號，並將所述接收的模擬信號轉換成接收的數位訊號; 鎖相環路(PLL)，所述PLL向所述ADC提供時鐘信號； 信道器，所述信道器接收來自高速ADC210的接收的數位訊號，並在數字域對所述接收的數位訊號進行混頻操作和濾波操作； 數位訊號混頻器，所述數位訊號混頻器接收來自所述信道器的接收的數位訊號，並將所述接收的數位訊號與相位調整估計信號混頻，以提供輸出數位訊號； 數字鎖相環路，所述數字鎖相環路接收來自所述數位訊號混頻器的輸出數位訊號，並基於所述輸出數位訊號，向所述數位訊號混頻器提供所述相位調整估計信號；和 振幅調製補償器，所述振幅調製補償器接收來自所述數位訊號混頻器的輸出數位訊號，並基於所收到的輸出數位訊號，調製所述輸出數位訊號的振幅，以補償由相位噪聲產生的振幅調製，所述相位噪聲包括由所述PLL產生的相位噪聲。
2.根據權利要求1所述的相位跟蹤方案，其中，所述振幅調製補償器包括: 放大器，所述放大器接收來自所述數位訊號混頻器的輸出數位訊號，並基於增益調整信號，放大所述輸出數位訊號； 相位誤差檢測器，所述相位誤差檢測器接收來自所述放大器的輸出數位訊號，並輸出振幅檢測誤差信號；和 增益調整環路，所述增益調整環路接收來自所述相位誤差檢測器的振幅檢測誤差信號，並基於所述振幅檢測誤差信號，生成所述增益調整信號。
3.根據權利要求2所述的相位跟蹤方案，其中，所述增益調整環路包括一階環路。
4.根據權利要求3所述的相位跟蹤方案，其中，所述一階環路包括乘法器和累加器。
5.根據權利要求2所述的相位跟蹤方案，其中，所述增益調整環路包括二階環路。
6.根據權利要求5所述的相位跟蹤方案，其中，所述二階環路包括: 第一乘法器，所述第一乘法器將所述振幅檢測誤差乘以線性係數，以提供第一振幅調整誤差號； 第二乘法器，所述第二乘法器將所述振幅檢測誤差乘以整數係數，以提供當前的中間第二振幅調整誤差信號； 第一累加器，所述第一累加器接收所述當前的中間第二振幅調整誤差信號，並將先前的中間第二振幅調整誤差信號添加到所述當前的中間第二振幅調整誤差信號，以生成第二振幅調整誤差信號； 加法器，所述加法器將所述第一振幅調整誤差信號和所述第二振幅調整誤差信號相加，以提供當前的中間增益調整信號；和 第二累加器，所述第二累加器接收來自所述加法器的當前的中間增益調整信號，並將先前的中間增益調整信號添加到所述當前的中間增益調整信號，以提供所述增益調整信號。
7.根據權利要求2所述的相位跟蹤方案，其中，所述相位誤差檢測器還提供所述輸出數位訊號的相位檢測誤差信號，所述鎖相環路包括:環路濾波器，所述環路濾波器接收來自所述相位誤差檢測器的相位檢測誤差信號，並基於所述相位檢測誤差信號，輸出當前的中間相位校正信號； 累加器，所述累加器接收來自環路濾波器的當前的中間相位校正信號，並將先前的中間相位校正信號添加到所述當前的中間相位校正信號，以提供相位校正信號； 直接數字頻率合成器，所述直接數字頻率合成器接收來自所述相位累加器的相位校正信號，並基於所述相位校正信號，提供相位修正信號。
8.一種在基於模擬數字轉換器(ADC)的調諧器內進行相位跟蹤的方法，所述方法包括: 接收來自基於ADC的調諧器的數位訊號； 將接收的數位訊號與相位調整估計信號混頻，以提供輸出數位訊號； 基於所述輸出數位訊號，生成相位調整信息信號，以用於與所述接收的數位訊號混頻；和 基於所接收的輸出數位訊號，調製所述輸出數位訊號的振幅，以補償由相位噪聲產生的振幅調製。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，調製包括: 基於增益調整信號，放大所述輸出數位訊號； 基於所述輸出數位訊號確定振幅檢測誤差信號；和 基於所述振幅檢測誤差信號，生成所述增益調整信號。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述增益調整信號的生成包括: 將所述振幅檢測誤差信號乘以線性係數，以提供第一振幅相位調整誤差信號； 將所述振幅檢測誤差乘以整數係數，以提供當前的中間第二振幅調整誤差信號； 將先前的中間第二振幅調整誤差信號添加到所述當前的中間第二振幅調整誤差信號，以生成第二振幅調整誤差信號； 將所述第一振幅調整誤差信號和所述第二振幅調整誤差信號相加，以提供當前的中間增益調整信號；和 將先前的中間增益調整信號添加到所述當前的中間增益調整信號，以提供所述增益調整信號。
11.根據權利要求8所述的方法，其中，所述相位修正信號的生成包括: 基於所述輸出數位訊號確定相位檢測誤差信號； 基於所述相位檢測誤差信號，生成當前的中間相位校正信號； 將先前的中間相位校正信號添加到所述當前的中間相位校正信號，以提供相位校正信號；和 基於所述相位校正信號，提供相位調整估計信號。
12.根據權利要求8所述的方法，還包括: 接收模擬信號；和 利用ADC將所述接收的模擬信號轉換成接收的數位訊號，所述ADC接收來自鎖相環路(PLL)的時鐘信號，其中，所述PLL引入了調製所述數位訊號的相位噪聲。
【文檔編號】H04B1/26GK103918188SQ201280054760
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年9月10日 優先權日:2011年9月9日
【發明者】湯米·於 申請人:熵敏通訊公司